Messa in servizio del monitoraggio 4-20 mA e 0-10 V

Molti guasti dei segnali analogici emergono durante la messa in servizio: un intervallo errato sul ricevitore, un circuito che esaurisce la tensione disponibile vicino al fondo scala oppure un filo interrotto letto come zero. Ciascuno si può verificare rapidamente con un multimetro e un calibratore di corrente. Questa guida indica i valori delle prove usando EpiSensor ZIO (4-20 mA) o ZVO (0-10 V) come ricevitore.

Scarica il verbale di accettazione (.txt). Stampalo o compilalo sul sito.

Definire la misura

Prima di collegare i dispositivi, annotare la sigla dello strumento, l'intervallo e l'unità di misura, il modello del trasmettitore e il suo certificato di taratura. Annotare anche la caratteristica dell'uscita. La maggior parte delle uscite è lineare, ma un trasmettitore di portata a pressione differenziale può avere un'uscita a radice quadrata e alcune uscite sono invertite (20 mA al limite inferiore dell'intervallo). Il verbale alla fine della guida contiene un campo per ogni voce.

Conservare la corrente grezza accanto al valore scalato. In Edge, ogni canale ZIO riporta la corrente del circuito in mA tramite quattro sensori: Now, Avg, Min e Max. Creare il valore ingegneristico con un sensore calcolato lineare, y = m × x + c, e mantenere i sensori in mA. Per un trasmettitore 0–10 bar, m = 10 bar ÷ 16 mA = 0,625 bar/mA e c = −4 mA × 0,625 bar/mA = −2,5 bar. Un circuito interrotto mostra quindi 0,000 mA e −2,5 bar, un valore sotto il vuoto completo. Una lettura di esattamente 10 bar accanto a 20,000 mA può indicare un ingresso saturo anziché la pressione effettiva di fondo scala.

Cablare un circuito 4-20 mA

In un circuito a due fili il trasmettitore riceve alimentazione dal circuito e regola la corrente tra 4 e 20 mA. Alimentatore, trasmettitore e ricevitore sono in serie: la stessa corrente attraversa ciascuno di essi.

Scorri per vedere l’intero schema

Lo ZIO misura la corrente del circuito, ma non la fornisce. La scheda tecnica indica un'alimentazione esterna e una tensione massima all'ingresso di 36 V CC; un circuito a due fili richiede quindi un proprio alimentatore, di solito da 24 V CC. La scheda indica l'intervallo di misura (0-20 mA) e la risoluzione (0,001 mA). Non indica la resistenza d'ingresso, l'accuratezza né l'isolamento tra i due canali di uno ZIO-22. Misurare la resistenza d'ingresso sul sito, come descritto nella sezione successiva, e chiedere a EpiSensor l'accuratezza prima di fissare un limite di accettazione.

Un trasmettitore a quattro fili dispone di alimentazione propria e pilota direttamente la corrente d'uscita. Collegare la sua uscita direttamente all'ingresso ZIO, senza un alimentatore di circuito. Un alimentatore in serie a un'uscita attiva può portare la corrente fuori intervallo o danneggiare lo stadio d'uscita. Un trasmettitore a tre fili condivide il negativo dell'alimentazione con il ritorno del segnale. Collegare l'ingresso ZIO tra l'uscita del segnale e 0 V.

Due circuiti alimentati dalla stessa sorgente su uno ZIO-22 sono normali se ciascuno ritorna attraverso il proprio canale. Se un trasmettitore è collegato a terra sul lato del processo o se i due circuiti usano alimentatori a potenziali diversi, installare un isolatore di circuito. Senza isolatore, i circuiti possono condividere un percorso di ritorno e la lettura di ciascuno varia con la corrente dell'altro.

Collegare a terra la schermatura del cavo a una sola estremità, di norma quella del ricevitore. Tenere il cavo del segnale lontano dai cavi di potenza. Prima di attivare l'alimentazione, verificare con un multimetro la polarità sul trasmettitore e sullo ZIO.

Verificare il margine di tensione del circuito

A 20 mA l'alimentatore deve coprire la tensione minima ai morsetti del trasmettitore più la caduta su ogni resistenza in serie, lasciando un margine. Elencare tutti gli elementi in serie: ingresso del ricevitore, cavo di andata e ritorno, eventuali barriere o isolatori, indicatore locale e protezione dalle sovratensioni. Gli indicatori alimentati dal circuito sono in genere specificati come caduta di tensione, non come resistenza. Sottrarre direttamente quella caduta dalla tensione di alimentazione.

Con un alimentatore da 24 V, un trasmettitore che richiede 10,5 V, un ingresso ricevitore da 250 Ω e 20 Ω di resistenza complessiva del cavo:

24 V − 10,5 V − 20 mA × 270 Ω = 8,1 V di margine

I 250 Ω sono un valore comune per i ricevitori e convertono 4-20 mA in 1-5 V. Non sono il valore dello ZIO. Per trovare la resistenza d'ingresso dello ZIO, mantenere una corrente stabile nel circuito, misurare la tensione fra i suoi morsetti d'ingresso e dividerla per la corrente. Usare il risultato nel calcolo.

Lo stesso circuito può contenere fino a 675 Ω complessivi prima che il margine diventi zero: (24 V − 10,5 V) ÷ 20 mA. Se il trasmettitore comunica via HART, un comunicatore portatile richiede almeno 230 Ω di resistenza del circuito e 250 Ω è il valore usuale. Se ricevitore e cavo ne forniscono meno, aggiungere una resistenza in serie e ripetere il calcolo del margine.

Se il trasmettitore o il suo cavo va in cortocircuito, l'intera tensione di alimentazione compare sull'ingresso del ricevitore. Con 24 V rimane entro il valore nominale di 36 V CC dello ZIO; con 48 V no. In tal caso la corrente è limitata solo dalle resistenze dell'ingresso e del cavo: usare un alimentatore di circuito con limitazione della corrente o un fusibile.

Cablare un segnale di tensione

Lo ZVO legge 0-10 V CC con una risoluzione di 0,001 V. Un ingresso di tensione misura il segnale rispetto a un riferimento comune. Se il comune della sorgente differisce di 0,2 V da quello del ricevitore, ogni lettura è errata di 0,2 V: il 2 % di un intervallo 0-10 V. Prima di accettare il segnale, misurare con un multimetro la tensione tra i due comuni. Confrontare poi la tensione della sorgente prima e dopo il collegamento dello ZVO. Una caduta superiore a pochi millivolt indica che il ricevitore carica l'uscita oppure che i comuni si trovano a potenziali diversi. Per un cavo lungo o fra quadri con terre differenti, usare l'uscita 4-20 mA del trasmettitore o installare un isolatore di segnale.

Un semplice segnale 0-10 V non distingue un filo interrotto da una lettura nulla: entrambi danno 0 V. Se la distinzione è importante, impostare il trasmettitore su 2-10 V (zero vivo). Una lettura prossima a 0 V indica allora sempre un guasto. Per esempio, 6 V su un'uscita 2-10 V associata a −20–80 °C corrispondono a 30 °C:

Verificare la scala a punti noti

Applicare correnti note con un calibratore di circuito. In modalità sorgente, scollegare il trasmettitore e collegare il calibratore all'ingresso ZIO: il calibratore fornisce la corrente. In modalità simulazione, il calibratore prende il posto del trasmettitore e regola la corrente fornita dall'alimentatore del circuito; questa prova verifica quindi anche alimentazione e margine di tensione. Molti trasmettitori intelligenti dispongono di una funzione di prova del circuito che imposta una corrente d'uscita fissa. Per controllare un circuito in funzione senza interromperlo, usare una pinza milliamperometrica.

Applicare almeno 4, 12 e 20 mA. I punti a 4 e 20 mA rivelano un intervallo errato o una mappatura invertita; il punto a 12 mA rivela una caratteristica sbagliata. Se un trasmettitore di portata emette la pressione differenziale ma il valore visualizzato è la portata, 12 mA rappresentano il 50 % della pressione differenziale ma √0,5 = 70,7 % della portata di fondo scala. Solo un punto intermedio mostra tale differenza. Per un trasmettitore di pressione lineare 0–10 bar, 12 mA corrispondono a 5 bar:

Per ogni punto registrare corrente applicata, valore grezzo in mA su Edge, valore scalato e ora. Definire il limite di accettazione prima della prova. Aggiungere l'incertezza del calibratore e l'accuratezza dell'ingresso a quella dichiarata dal trasmettitore. Su un intervallo 0–10 bar, un trasmettitore con ±0,1 % del fondo scala contribuisce ±0,01 bar prima degli altri due termini. Applicare poi 3,8 mA e 20,5 mA e registrare se il valore viene limitato, estrapolato o segnalato. Un sensore calcolato lineare di Edge estrapola: 20,5 mA su 0–10 bar danno 10,31 bar.

Questa prova verifica il percorso dei dati dai morsetti ZIO al valore in Edge. Il certificato di taratura del trasmettitore documenta la sua accuratezza nel processo.

Trasmettitori di temperatura con sensori RTD

Molti punti di temperatura raggiungono uno ZIO tramite un trasmettitore collegato a un sensore Pt100 o Pt1000. Lo ZIO legge l'uscita 4-20 mA del trasmettitore, non la RTD. Verificare il sensore ai morsetti del trasmettitore rispetto alla curva IEC 60751. Una Pt100 misura 109,73 Ω a 25 °C:

In un collegamento RTD a due fili, la resistenza dei conduttori si aggiunge a quella del sensore e fa apparire una temperatura più alta. Due conduttori da 2 Ω ciascuno aggiungono 4 Ω. A 25 °C la resistenza di una Pt100 cambia di circa 0,39 Ω/°C: la lettura risulta quindi circa 10,3 °C troppo alta:

Usare un collegamento a tre o quattro fili fra sensore e trasmettitore. Quello a tre fili compensa la resistenza dei conduttori se questi sono uguali; quello a quattro fili la elimina. Se un sensore a due fili è già installato, cortocircuitare i morsetti del sensore sulla testa e misurare la resistenza dei due conduttori. Inserire il valore nella compensazione dei cavi del trasmettitore, se questa impostazione è disponibile.

Stati di guasto e qualità dei dati

NAMUR NE 43 distingue la misura dal guasto in un segnale 4-20 mA. L'intervallo di misura va da 3,8 a 20,5 mA. Il trasmettitore segnala un guasto a 3,6 mA o meno oppure a 21 mA o più. Verificare che sia impostata la segnalazione di guasto NE 43 e registrare la direzione di guasto: verso il basso (3,6 mA o meno) o verso l'alto (21 mA o più). Forzare poi un guasto del sensore, per esempio scollegando la RTD al trasmettitore, e leggere la corrente.

L'intervallo indicato dalla scheda tecnica ZIO è 0-20 mA. Prima di fare affidamento su un guasto verso l'alto, applicare 20,5 e 21 mA e confermare che Edge mostri tali correnti. Se l'ingresso si ferma a 20 mA, un guasto verso l'alto appare come fondo scala. In tal caso impostare il trasmettitore per guastarsi verso il basso.

Configurare gli allarmi di guasto sul sensore grezzo in mA, non sul valore scalato. Una soglia applicata al valore scalato si sposta quando qualcuno modifica l'intervallo del calcolo.

Campionamento e invio dei dati

In Edge, ogni ZIO o ZVO ha un tempo di media da 1 a 255 s. Ciascun sensore invia i dati a intervalli da 1 a 1440 minuti, quando il valore varia oltre un delta impostato oppure in entrambe le condizioni. Il delta usa l'unità propria del sensore, quindi mA per uno ZIO. Live Stream invia una lettura al secondo con firmware del nodo 3.22 o successivo e aggiunge molto traffico di rete e di esportazione.

Una media su un minuto non può mostrare una breve escursione di pressione di un secondo. Quando contano escursioni brevi, registrare Min e Max oltre ad Avg oppure aggiungere un'attivazione basata sul delta. Annotare per ogni segnale il tempo di media, la modalità di invio, l'intervallo e il delta.

Verbale di accettazione

Conservare un verbale per ogni segnale. Il modello scaricabile comprende:

Ripetere le prove dopo la sostituzione di uno strumento, una modifica dell'intervallo o una variazione del cablaggio o dell'ingresso. Proseguire con la guida alla strumentazione dei processi industriali oppure configurare un sistema a partire dall'elenco degli strumenti.